Ultra-low-field MRI as a tool for measuring brain development in at-risk children in LMICS: feasibility, validity and clinical relevance.

Resumen Técnico: RM de campo ultra bajo para la medición del desarrollo cerebral en países de ingresos bajos y medios (LMIC)

Planteamiento del problema
Los niños en países de ingresos bajos y medios (LMIC), particularmente aquellos que han estado expuestos al VIH pero no han sido infectados (CHEU), enfrentan riesgos elevados de retrasos en el neurodesarrollo, incluyendo déficits de lenguaje y motores. Si bien la RM de alto campo (HF) (≥1.5T) es el estándar de oro para investigar la base neurobiológica de estos retrasos, su aplicación en los LMIC está severamente limitada por los altos costos, los requisitos de infraestructura y la complejidad operativa. La RM de campo ultra bajo (ULF) (<100mT) ha surgido como una alternativa potencialmente asequible y portátil, aunque su validez para medir la estructura cerebral en la infancia temprana y su capacidad para correlacionarse con los resultados del desarrollo en poblaciones vulnerables aún no han sido exploradas suficientemente.

Metodología
Este estudio utilizó un diseño de subestudio transversal anidado dentro del estudio de seguimiento observacional DolPHIN-2 PLUS realizado en Ciudad del Cabo, Sudáfrica.

• Participantes: La cohorte incluyó 45 niños (edad media de 45.6 meses) con imágenes de RM ponderadas en T2 pareadas y utilizables. El grupo consistió en 9 CHEU y 36 niños que son no expuestos al VIH (CHU).
• Protocolo de imagen:
  • RM ULF: Adquirida utilizando un sistema Hyperfine Swoop de 64mT con una bobina de cabeza de 8 canales. Se adquirieron imágenes ponderadas en T2 en tres planos ortogonales y se reconstruyeron en una única imagen isotrópica de alta resolución (1.5 mm³) mediante registro multirresolución.
  • RM HF: Adquirida utilizando un escáner Siemens Skyra de 3T con una bobina de cabeza de 32 canales, utilizando secuencias de alta resolución ponderadas en T2 (1 mm³).
  • Condiciones: Todas las exploraciones se realizaron durante el sueño natural, sin sedación, para garantizar la seguridad y la viabilidad en un entorno con recursos limitados.
• Procesamiento: La segmentación volumétrica se realizó utilizando FreeSurfer v7.4.1 y SynthSeg en la plataforma Flywheel, adhiriéndose al atlas Desikan-Killiany para regiones de interés (ROI) globales y subcorticales.
• Evaluación del desarrollo: El desarrollo infantil se midió utilizando las Escalas de Bayley de Desarrollo Infantil y del Niño, Tercera Edición (BSID-III), evaluando los dominios cognitivo, del lenguaje (receptivo/expresivo) y motor.
• Análisis estadístico: La concordancia entre modalidades se evaluó utilizando los coeficientes de correlación de Pearson ($r$) y los coeficientes de correlación de concordancia de Lin ($P_{ccc}$). Las asociaciones entre los volúmenes derivados de ULF y los resultados del desarrollo se evaluaron mediante correlaciones parciales ajustadas por sexo y edad.

Contribuciones clave

1. Validación de la viabilidad: El estudio demuestra la implementación exitosa de la RM pareada ULF y HF en niños en edad preescolar en un entorno de LMIC utilizando protocolos de sueño sin sedación.
2. Concordancia volumétrica: Proporciona evidencia empírica comparando las estimaciones de volumen cerebral derivadas de la RM ULF de 64mT frente a la RM HF de 3T en regiones globales y subcorticales.
3. Relevancia clínica: Establece el primer vínculo entre los volúmenes cerebrales derivados de ULF y los resultados del desarrollo (específicamente el lenguaje) en una población pediátrica vulnerable, validando la utilidad de la herramienta más allá de la mera imagen estructural.

Resultos

• Acuerdo de imagen:
  • Regiones globales: Se observaron correlaciones lineales de fuertes a muy fuertes entre los volúmenes ULF y HF para el volumen intracraneal total, la materia gris total y la materia blanca total ($r > 0.92$).
  • Estructuras subcorticales: Se encontraron correlaciones fuertes en estructuras más grandes como el tálamo ($r = 0.889$), el caudado ($r = 0.881$) y el putamen ($r = 0.860$). Se observaron correlaciones moderadas en el pálido y el hipocampo ($r \approx 0.63$), mientras que la amígdala mostró una correlación débil ($r = 0.417$).
  • Sesgo sistemático: La RM ULF subestimó sistemáticamente la mayoría de los volúmenes de materia gris en comparación con la RM HF (diferencias que oscilan entre -0.17% y -15.76%), pero sobreestimó el volumen de materia blanca total (+6.15%).
  • Concordancia: Solo el volumen intracraneal alcanzó el umbral de concordancia sustancial ($P_{ccc} > 0.95$). La mayoría de las otras regiones mostraron una concordancia de aceptable a pobre, atribuida a las limitaciones de resolución y a los efectos de volumen parcial en estructuras más pequeñas.
• Asociaciones del desarrollo:
  • Los volúmenes de materia gris y materia blanca globales derivados de ULF mostraron asociaciones positivas significativas con las puntuaciones de comunicación receptiva y expresiva.
  • Las asociaciones más fuertes y consistentes se observaron entre los volúmenes de materia gris subcortical (incluyendo el tálamo, el caudado, el putamen, el pálido, el hipocampo y la amígdala) y los dominios del lenguaje. Por ejemplo, el volumen del hipocampo se correlacionó con la comunicación expresiva ($r = 0.59, p < 0.001$).
  • Estas asociaciones fueron confirmadas utilizando volúmenes derivados de HF, reforzando la validez biológica de los hallazgos de ULF.

Significancia y afirmaciones
El artículo afirma que la RM ULF es una herramienta viable y escalable para estudiar el neurodesarrollo en poblaciones pediátricas vulnerables dentro de los LMIC. Aunque reconoce que la RM ULF tiene actualmente una menor resolución espacial y sesgos volumétricos sistemáticos en comparación con la RM HF, los autores sostienen que produce estimaciones volumétricas válidas que se correlacionan fuertemente con los datos de HF para las regiones globales y las más grandes. Crucialmente, el estudio demuestra que las métricas derivadas de ULF capturan asociaciones biológicamente significativas con el desarrollo temprano del lenguaje.

Los autores posicionan este trabajo como un paso crítico para abordar la disparidad global en el acceso a la neuroimagen. Sugieren que la RM ULF puede utilizarse para investigar las trayectorias del neurodesarrollo en grupos de riesgo, como los CHEU, y para monitorear las implicaciones neurológicas a largo plazo de los regímenes evolutivos de terapia antirretroviral (ART). El estudio concluye que, a pesar de las limitaciones actuales en resolución, la portabilidad y la rentabilidad de la RM ULF la convierten en una alternativa viable para expandir el acceso a la neuroimagen en entornos con recursos limitados, siempre que el trabajo futuro continúe refinando los procesos de adquisición y procesamiento.